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JP4201202B2 - Low voltage modulation circuit for pass device - Google Patents
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Abstract

Power supply voltages are selectively modulated to correspond with degraded input voltages to a logic device. Modulated power supply voltages are provided to transistors within the logic device, so that the degraded input voltages supplied to the transistors are sufficient to turn the transistors substantially on or off. Leakage currents are prevented thereby from flowing across the transistors.

Description

本発明は半導体装置に関する。本発明は、特に、装置を通して信号の経路指定のために多くの半導体装置において使用される切替型ルーティングネットワークの改良に関する。   The present invention relates to a semiconductor device. The present invention particularly relates to improvements in switched routing networks used in many semiconductor devices for signal routing through the device.

本明細書では、P及びNチャンネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)装置(PMOS及びNMOS)は、ゲートノード、ドレインノード、及びソースノードとして記述される。これは他の実施形態の構造及び動作を明確にするために役立つ。PMOS装置はゲートの信号が低のときに正電流を伝達し、ゲートの信号が高のときに電流の伝達を中止する。NMOS装置はゲートの信号が高のときに正電流を伝達し、ゲートの信号が低のときに電流の伝達を中止する。   In this specification, P and N channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) devices (PMOS and NMOS) are described as gate nodes, drain nodes, and source nodes. This serves to clarify the structure and operation of other embodiments. The PMOS device transmits positive current when the gate signal is low and stops transmitting current when the gate signal is high. The NMOS device transmits positive current when the gate signal is high and stops transmitting current when the gate signal is low.

標準的な慣例に従うと、NMOS装置内では正電流がドレインノードからソースノードへ流れ、PMOS装置内ではソースノードからドレインノードへ流れる。ソースノードとドレインノードの慣例は、本発明の実施形態の構造及び動作を記述するのを役立たせるためにのみ使用され、本発明の範囲を限定するものではない。特にソース領域とドレイン領域が対称であれば、MOSトランジスタを逆動作させることができる。従って、ソースとドレインの相対的な位置は、本発明の実施形態の開示に重要な意味を持たない。   According to standard practice, a positive current flows from the drain node to the source node in the NMOS device and from the source node to the drain node in the PMOS device. The convention of source and drain nodes is used only to help describe the structure and operation of embodiments of the present invention and is not intended to limit the scope of the present invention. In particular, if the source region and the drain region are symmetrical, the MOS transistor can be operated in reverse. Accordingly, the relative positions of the source and drain are not critical to the disclosure of embodiments of the present invention.

図12を参照すると、多くの半導体装置は、構成可能ルーティングネットワーク20を介して接続される多数のプロセス素子10を備えている。例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ(「FPGA」)、プロセッサアレイ及び再構成可能演算アレイ(「RAA」)などの再構成可能装置は、多くのプロセス素子を一般的に備えている。プロセス素子は、プロセス素子の種々の組合せ間におけるリンクを形成可能な汎用相互接続ネットワークによって共に接続されている。同様に、集積装置は一つまたは複数の共有バスを介して接続されるいくつかのプロセッサ、周辺装置およびメモリを備えている。構成可能ルーティングネットワーク20とプロセス素子10の間に入力バッファ回路80を設けることはしばしば有益である。これらの入力バッファ回路80は、入力値を単に伝達するバッファであり得る。入力バッファ回路80は、CMOSインバータ、NANDゲート、又はNORゲート等の単純な論理装置でもあり得る。入力バッファ回路80は、半導体装置の設計者によって種々の機能を実行するための、より複雑な回路でもあり得る。   Referring to FIG. 12, many semiconductor devices include a number of process elements 10 connected via a configurable routing network 20. For example, reconfigurable devices such as field programmable gate arrays (“FPGAs”), processor arrays, and reconfigurable arithmetic arrays (“RAA”) typically include many process elements. The process elements are connected together by a universal interconnect network that can form links between various combinations of process elements. Similarly, an integrated device comprises several processors, peripheral devices and memory connected via one or more shared buses. It is often beneficial to provide an input buffer circuit 80 between the configurable routing network 20 and the process element 10. These input buffer circuits 80 may be buffers that simply transmit input values. The input buffer circuit 80 can also be a simple logic device such as a CMOS inverter, NAND gate, or NOR gate. The input buffer circuit 80 can also be a more complex circuit for performing various functions by the designer of the semiconductor device.

構成可能ルーティングネットワーク20は、一つのプロセス素子10から他のプロセス素子へ信号を伝達する。CMOS回路に対してこれらの信号は典型的には2進数値の連続である。2進値の連続は、論理「1」に対応する高電圧か、論理「0」に対応する低電圧のいずれかで表される。高電圧は、通常はVddに等しく、つまり正供給電圧60である。低電圧は、通常はGndに等しく、つまりグラウンド供給電圧70である。 The configurable routing network 20 communicates signals from one process element 10 to another process element. For CMOS circuits, these signals are typically a series of binary values. The sequence of binary values is represented by either a high voltage corresponding to logic “1” or a low voltage corresponding to logic “0”. The high voltage is usually equal to V dd , ie the positive supply voltage 60. The low voltage is usually equal to Gnd, ie the ground supply voltage 70.

一般的に、ルーティングネットワーク20は、配線セグメント30のセットと能動素子のセットを備えている。能動素子のセットは、配線セグメント30間の接続の結線又は断線を行うことが可能なスイッチ40として構成される。配線セグメント30間の結線又は断線を選択的に行うことによって、ルーティングネットワーク20は装置上の種々のプロセス素子10間におけるさまざまな接続を行うことができる。プロセス素子10の条件が変化するにつれて、これらの接続は動的に変更することができる。スイッチ40は制御配線50上の信号によって制御され、典型的にはそれら自身が一部である装置の状態、またはときには他の装置の状態によって制御される。   In general, the routing network 20 comprises a set of wiring segments 30 and a set of active elements. The set of active elements is configured as a switch 40 that can connect or disconnect the connection between the wiring segments 30. By selectively connecting or disconnecting the wiring segments 30, the routing network 20 can make various connections between the various process elements 10 on the device. As the conditions of the process element 10 change, these connections can be changed dynamically. The switches 40 are controlled by signals on the control wiring 50 and are typically controlled by the state of the device that is itself a part, or sometimes the state of another device.

切替型ルーティングネットワークにおいて使用可能なスイッチ40には種々の種類がある。ルーティングネットワークを設計する際に有効なスイッチ40の一つは、パストランジスタとして知られている単一のトランジスタである。単一のトランジスタのソース及びドレインは、ルーティングネットワーク内にある一対の配線セグメント30に接続されている。パストランジスタは良好な選択である。なぜなら、半導体装置上で大きな空間を占めることがなく、信号を配線セグメント30を通してどちらの方向にも伝達でき、経路に能動回路がないので電力消費はそれほど大きくもない。電力は配線セグメント30の充電、放電にのみ使用される。   There are various types of switches 40 that can be used in a switched routing network. One useful switch 40 in designing a routing network is a single transistor known as a pass transistor. The source and drain of a single transistor is connected to a pair of wiring segments 30 in the routing network. A pass transistor is a good choice. This is because it does not occupy a large space on the semiconductor device, can transmit a signal in either direction through the wiring segment 30, and there is no active circuit in the path, so the power consumption is not so large. The electric power is used only for charging and discharging the wiring segment 30.

スイッチ40をパストランジスタとして導入することによる不利な点もある。使用するパストランジスタの種類によって、パストランジスタを伝達できる最高電圧がゲート電圧(通常NMOSトランジスタをオンするVdd)よりも小さいか、またはパストランジスタを伝達できる最低電圧がゲート電圧(通常PMOSトランジスタをオンするGnd)よりも大きいかのどちらかである。NMOSパストランジスタにおいて、減少高信号はゲート電圧よりトランジスタの閾値電圧Vに等しい分だけ低く、Vdd−Vの減少高信号が生成される。PMOSパストランジスタにおいて、増大低信号はゲート電圧よりトランジスタの閾値電圧Vの絶対値に等しい分だけ高く、Gnd−Vの増大低信号が生成される(慣例によりPMOSトランジスタは負の閾値電圧を有しているので、Gnd−VはGndよりも大きい)。したがって、VddとGnd間で変化する非劣化信号は、パストラジスタを通して伝達される際に劣化する。他の能動装置もまた同様に、能動装置により高信号または低信号のいずれかを変化させる。このパストランジスタの電圧が変化する効果のために、パストランジスタを通して送られる信号を受信する入力バッファ回路80のような論理装置は、論理装置内のトランジスタをオンまたはオフすることを保証するのに十分高くまたは低くない信号を受信する。 There are also disadvantages due to the introduction of the switch 40 as a pass transistor. Depending on the type of pass transistor used, the maximum voltage that can pass the pass transistor is lower than the gate voltage ( Vdd that normally turns on the NMOS transistor), or the lowest voltage that can pass the pass transistor is usually the gate voltage (normally the PMOS transistor is turned on) Is greater than Gnd). In the NMOS pass transistor, the reduced high signal is lower than the gate voltage by an amount equal to the transistor threshold voltage V t , producing a reduced high signal of V dd −V t . In a PMOS pass transistor, the increased low signal is higher than the gate voltage by an amount equal to the absolute value of the transistor threshold voltage V t , generating an increased low signal of Gnd−V t (by convention, the PMOS transistor has a negative threshold voltage). because it has, Gnd-V t is greater than Gnd). Therefore, the non-degraded signal that changes between V dd and Gnd degrades when transmitted through the path transistor. Other active devices also change either high or low signals with the active devices as well. Because of the effect of this pass transistor voltage change, a logic device such as input buffer circuit 80 that receives the signal sent through the pass transistor is sufficient to ensure that the transistors in the logic device are turned on or off. Receive a signal that is not high or low.

例えば、NMOSパストランジスタからの減少高信号が、入力バッファ回路80内にあってソースに正の供給電圧Vddが供給されているPMOSトランジスタのゲートに供給されると、減少高信号はPMOSトランジスタを完全にオフするには不十分であり、いくらかの電流がPMOSトランジスタを通してリークするだろう。同様に、増大低信号が、入力バッファ回路80内にあってソースにグラウンド電圧Gndが供給されているNMOSトランジスタのゲートに供給されると、増大低信号はNMOSトランジスタを完全にオフするには不十分であり、いくらかの電流がNMOSトランジスタを通してリークするだろう。この現象はルーティングネットワークにおけるパストランジスタスイッチに特有なものではない。同様の問題は、高信号または低信号がいかなる能動または電力を供給された装置(例えば、トランジスタ、整流器、増幅器等)を経て伝達されるときに減少または増大されるときはいつでも起こる。 For example, if a reduced high signal from an NMOS pass transistor is supplied to the gate of a PMOS transistor that is in the input buffer circuit 80 and is supplied with a positive supply voltage V dd at its source, the reduced high signal is applied to the PMOS transistor. Insufficient to turn off completely, some current will leak through the PMOS transistor. Similarly, when an increased low signal is applied to the gate of an NMOS transistor that is in the input buffer circuit 80 and is supplied with the ground voltage Gnd at the source, the increased low signal is not sufficient to completely turn off the NMOS transistor. Sufficient and some current will leak through the NMOS transistor. This phenomenon is not unique to pass transistor switches in routing networks. Similar problems occur whenever a high or low signal is reduced or increased when transmitted through any active or powered device (eg, transistor, rectifier, amplifier, etc.).

ルーティングネットワークにおけるパストランジスタのような能動装置によって引き起こされる電圧変化の問題を解決しようとする試みのために種々の手段が使用されている。例えば、パストランジスタの閾値電圧Vを減少することによって、パストランジスタの出力の減少高信号を、パストランジスタの出力に取り付けられた他の装置のオン/オフを保証するのに十分なレベルの高さまで上げることができる。 Various means have been used in an attempt to solve the problem of voltage changes caused by active devices such as pass transistors in routing networks. For example, by decreasing the pass transistor threshold voltage V t , the reduced output signal of the pass transistor is high enough to guarantee on / off of other devices attached to the output of the pass transistor. Can be raised.

電圧Vを下げるためには、シリコン基板を作成するためのより複雑な工程が要求される。より低い電圧Vを有する装置を設計することもできるが、余分な工程段階が要求される。更に、この余分段階は、一般的に、より低いV素子が通常のV素子から物理的に離れて配置されなければならないことを意味しており、シリコン上の貴重な空間を消費してしまう。また、より低いV素子はトランジスタがオフされるときに大きなリーク電流があることを意味しており、電力が浪費される。 To lower the voltage V t is more complicated process for making a silicon substrate is required. It is also possible to design the device with a lower voltage V t is an extra process steps are required. In addition, this extra step generally means that the lower V t element must be physically located away from the normal V t element, consuming valuable space on the silicon. End up. Also, a lower V t device has means that there is a large leakage current when the transistor is turned off, power is wasted.

電圧が変化する問題に対する別の解決法は、減少高信号を高信号に、または増大低信号を低信号へ引き戻すためのレベル回復回路を使用することである。電圧を回復するための回路には、2つのよく知られた種類がある。まず一番目に、「弱プルアップ」回路として知られる回路は減少高信号をプルアップするのに使用され得る(同様に、弱プルダウンは増大低信号をプルダウンすることができる)。二番目に、減少高信号及び増大低信号の両方をそれぞれ高値または低値に戻すために、差分増幅器回路が使用され得る。   Another solution to the voltage change problem is to use a level recovery circuit to pull the reduced high signal back to a high signal or the increased low signal back to a low signal. There are two well-known types of circuits for restoring voltage. First, a circuit known as a “weak pull-up” circuit can be used to pull up a decreasing high signal (similarly, a weak pull-down can pull down an increasing low signal). Second, a differential amplifier circuit can be used to return both the decreasing high signal and the increasing low signal to high or low values, respectively.

図1の回路は、弱プルアップ回路の例である。図1の回路は、減少高信号が供給される論理装置としてインバータ140の利用を示している。弱プルアップ回路は、NANDゲートのような他の装置に対して同様に機能する。しかしながら、弱プルアップ回路はNORゲートのような装置に対して有用ではない。弱プルアップが有用であるためには、プルアップが取り付けられている入力が高であり、その場合のみゲートの出力が低でなければならない。この条件は、インバータ及びNANDゲートに対しては満たされるが、他の入力が高の場合にその出力が低であり得るNORゲートに対しては満たされない。   The circuit of FIG. 1 is an example of a weak pull-up circuit. The circuit of FIG. 1 illustrates the use of inverter 140 as a logic device to which a reduced high signal is supplied. The weak pull-up circuit functions similarly for other devices such as NAND gates. However, weak pull-up circuits are not useful for devices such as NOR gates. In order for a weak pull-up to be useful, the input to which the pull-up is attached must be high and only then the output of the gate must be low. This condition is met for inverters and NAND gates, but not for NOR gates whose output can be low when other inputs are high.

インバータ140は、完全に起動されることを保証するために、Vddに等しい高信号を必要とする。減少高信号は、入力110上で受信される。この減少高信号はインバータ140に伝達され、インバータ140はこの減少高信号の反転信号である低信号(低信号はGndに等しい)よりも少し大きい増大低信号を発する。この増大低信号は、PMOSトランジスタ130のゲートに渡され、PMOSトランジスタ130をオンする。PMOSトランジスタ130は、正電圧供給入力120上に存在する全Vddレベルまで入力110をプルアップすることができる。このようにして、入力110上の減少高信号は全Vddレベルまでプルアップされ、インバータ140は完全に起動され、全低電圧Gndを出力150へ伝達する。逆に、入力110上の増大低信号はPMOSトランジスタ130をNMOSトランジスタで置き換え、正電圧供給入力120上のVdd電圧をGnd電圧で置き換えることにより、全低電圧Gndへプルダウンできる。 Inverter 140 requires a high signal equal to V dd to ensure that it is fully activated. A reduced high signal is received on input 110. This reduced high signal is transmitted to inverter 140, which generates an increased low signal that is slightly greater than the low signal that is the inverted signal of this reduced high signal (the low signal is equal to Gnd). This increased low signal is passed to the gate of the PMOS transistor 130 and turns on the PMOS transistor 130. The PMOS transistor 130 can pull up the input 110 to the full V dd level present on the positive voltage supply input 120. In this way, the reduced high signal on input 110 is pulled up to the full V dd level, inverter 140 is fully activated and transmits the full low voltage Gnd to output 150. Conversely, the increased low signal on input 110 can be pulled down to the total low voltage Gnd by replacing PMOS transistor 130 with an NMOS transistor and replacing the V dd voltage on positive voltage supply input 120 with a Gnd voltage.

しかしながら、この回路には重大な欠点がある。トランジスタ130の適正な強度を選択することは、回路の効果的な動作のために重要であり、決して些細なことではない。トランジスタの強度とは、電流が伝導しているときのトランジスタの抵抗値として計測される。高強度トランジスタは低強度トランジスタより大きな電流を伝導する。トランジスタ130が低強度過ぎると、トランジスタ130が入力をプルアップするのに(またはNMOSプルダウントランジスタに対してはプルダウンするのに)長時間かかり、その間にインバータ140は電力を消費する。トランジスタ130が高強度過ぎると、インバータを反転するために入力110上へ低を駆動しようとするときに、駆動回路がトランジスタに対してプルするのに時間がかかる。また、トランジスタ130が高強度過ぎると、入力110上へ高を駆動しようとするときに、NMOSがトランジスタをプルダウンするのに時間がかかる。抵抗性負荷に対してトランジスタ130からプルすることの必要性はまた、電力消費を増大させる。   However, this circuit has significant drawbacks. Selecting the proper strength of transistor 130 is important for the effective operation of the circuit and is not trivial. The strength of a transistor is measured as the resistance value of the transistor when current is conducted. A high strength transistor conducts a larger current than a low strength transistor. If transistor 130 is too low, it takes a long time for transistor 130 to pull up its input (or pull down for an NMOS pulldown transistor) during which time inverter 140 consumes power. If transistor 130 is too strong, it will take time for the drive circuit to pull to the transistor when attempting to drive low on input 110 to invert the inverter. Also, if transistor 130 is too strong, it will take time for NMOS to pull down the transistor when trying to drive high onto input 110. The need to pull from transistor 130 against a resistive load also increases power consumption.

トランジスタに対して適性強度を選択することは、再構成可能アレイでは特に難しい。なぜなら、最適強度が信号の元々の源から信号の目標である装置までのアレイを通しての経路の抵抗値に依存するからである。アレイは再構成可能なので、この経路はアレイ上に構成されたアプリケーションに依存してその長さが変動しているので、抵抗値は変化しており一定ではない。したがって、プルアップトランジスタに対して安全な値を選択する唯一の方法は、最悪の場合の経路に対しても安全な値、つまり経路のほとんど大半に対しては準最適値であることが保証される値を使用することである。この安全値は、その抵抗値が常にアレイを通してのいかなる経路によっても劣位に立たされるのに十分なほど低強度の値である。   Choosing the appropriate strength for a transistor is particularly difficult with a reconfigurable array. This is because the optimum intensity depends on the resistance value of the path through the array from the original source of the signal to the signal target device. Since the array is reconfigurable, the length of this path varies depending on the application configured on the array, so the resistance value is changing and not constant. Therefore, the only way to choose a safe value for the pull-up transistor is guaranteed to be a safe value for the worst case path, that is, a sub-optimal value for most of the path. Value is used. This safety value is low enough that its resistance value is always inferior by any path through the array.

他の解決方法は、図2に図示される差分増幅器回路である。この回路では、入力210上の入力信号は基準入力280上の基準信号Vrefと比較される。Vrefは、ルーティングネットワーク通して伝達する高信号及び低信号の中間になるように選択されている。正電圧供給入力220は、2つのPMOSトランジスタ230、240に正供給電圧Vddを供給している。グラウンド電圧供給入力270は、2つのNMOSトランジスタ250、260にグラウンド供給電圧Gndを供給している。2つのPMOSトランジスタ230、240のドレインは、2つのNMOSトランジスタ250、260を介してグラウンド270に接続されている。2つのPMOSトランジスタ230、240のそれぞれのドレインは、他のPMOSトランジスタのゲートに接続されている。第1NMOSトランジスタ250は、入力210上の入力信号によって制御されている。第2NMOSトランジスタ260は、基準入力280上のVrefによって制御されている。そして最後に、出力290は、第2PMOSトランジスタ240のドレインに接続されている。 Another solution is the differential amplifier circuit illustrated in FIG. In this circuit, the input signal on input 210 is compared to a reference signal V ref on reference input 280. V ref is selected to be intermediate between high and low signals that are transmitted through the routing network. The positive voltage supply input 220 supplies a positive supply voltage V dd to the two PMOS transistors 230 and 240. The ground voltage supply input 270 supplies the ground supply voltage Gnd to the two NMOS transistors 250 and 260. The drains of the two PMOS transistors 230 and 240 are connected to the ground 270 via the two NMOS transistors 250 and 260. The drains of the two PMOS transistors 230 and 240 are connected to the gates of the other PMOS transistors. The first NMOS transistor 250 is controlled by an input signal on the input 210. The second NMOS transistor 260 is controlled by V ref on the reference input 280. Finally, the output 290 is connected to the drain of the second PMOS transistor 240.

差分増幅器は、2つのPMOSトランジスタ230、240の両方が通常は同時にオンされないように構成されている。2つのPMOSトランジスタ230、240の一つが低ドレイン電圧を有すると、そのトランジスタは他方のトランジスタをオンすることによって他方のドレイン電圧(及びそれ自身のゲート電圧)を高にする。このとき、それ自身はオフしており、それ自身のドレイン電圧が低く留まることを保証している。ドレイン電圧は電圧をGndにプルダウンしようとするNMOSトランジスタ250、260によって制御されている。2つのNMOSトランジスタ250、260のうちでそれ自身のゲート上の信号がより高い方は、より強くプルダウンし、対応するPMOSトランジスタ230、240のドレイン上により低い電圧を与え、結果として他のPMOSトランジスタをオンにする。従って、入力210上の信号が基準入力280のVref信号よりも低いと、第1PMOSトランジスタ230はオンし、第2PMOSトランジスタ240はオフし、出力290はGndまで下降する。入力210上の信号が電圧入力280のVref信号よりも大きいと、第2PMOSトランジスタ240はオンし、第1PMOSトランジスタ230はオフし、出力290はVddまで上昇する。このようにVrefは高及び低入力信号レベルの中間となるように選択されるので、入力信号が低よりは高により近いときは、いかなる入力信号もVddに等しい出力という結果になり、入力信号が高より低により近いときは、いかなる入力信号もGndに等しい出力という結果になる。 The differential amplifier is configured such that both of the two PMOS transistors 230, 240 are not normally turned on at the same time. When one of the two PMOS transistors 230, 240 has a low drain voltage, that transistor raises the other drain voltage (and its own gate voltage) by turning on the other transistor. At this time, itself is off, ensuring that its own drain voltage remains low. The drain voltage is controlled by NMOS transistors 250 and 260 that attempt to pull the voltage down to Gnd. The higher of the two NMOS transistors 250, 260 that has a higher signal on its own gate pulls down more strongly, giving a lower voltage on the drain of the corresponding PMOS transistor 230, 240, resulting in other PMOS transistors. Turn on. Thus, when the signal on input 210 is lower than the V ref signal on reference input 280, first PMOS transistor 230 is turned on, second PMOS transistor 240 is turned off, and output 290 drops to Gnd. When the signal on input 210 is greater than the V ref signal at voltage input 280, second PMOS transistor 240 is turned on, first PMOS transistor 230 is turned off, and output 290 rises to V dd . Thus, V ref is chosen to be between the high and low input signal levels, so when the input signal is closer to high than low, any input signal will result in an output equal to V dd When the signal is closer to lower than high, any input signal will result in an output equal to Gnd.

しかしながらこの回路は、トランジスタ230、240、250、260を経てのVddからGndへの抵抗性経路のため電力を消費する。第2NMOSトランジスタ260は、常に部分的に導通しているために、出力290が高のときはいつでも増幅器を通しての定常的な電力ドレインがある。差分増幅器回路の余分な電力消費は、まず第1にパストランジスタネットワークを使用する電力の利点を帳消しにしてしまう。 However, this circuit consumes power due to the resistive path from V dd to Gnd through transistors 230, 240, 250, 260. Since the second NMOS transistor 260 is always partially conducting, there is a steady power drain through the amplifier whenever the output 290 is high. The extra power consumption of the differential amplifier circuit first cancels out the power advantage of using a pass transistor network.

従って、システムは半導体装置においての電力消費を増大することなく、少数の追加部品でネットワークを通して伝達する電圧に対するルーティングネットワークの影響を容易かつ最適に補償出来ることが必要である。   Therefore, the system needs to be able to easily and optimally compensate for the effects of the routing network on the voltage transmitted through the network with a small number of additional components without increasing power consumption in the semiconductor device.

添付された図は本発明の実施形態と詳細な説明をより理解するためのものであり、開示される実施形態の原理を説明する。   The accompanying drawings are provided for a better understanding of the embodiments and detailed description of the present invention and illustrate the principles of the disclosed embodiments.

図3は、CMOS論理装置の例を示す。図3の論理装置はインバータ300であるが、当業者には、ここで開示された実施形態がいかなる標準論理装置または、標準論理装置のいくつかの組合せと共に使用され得ることが理解されよう。図12において、インバータ300は、例えば再構成可能装置の入力バッファ回路80の構成要素であってもよい。説明を簡単にするために、開示された実施形態をCMOS論理装置を参照して説明する。論理装置の他の形態を使用する他の実施形態もまた可能である。図3に示すCMOSインバータは、入力310、正電圧供給320、グラウンド電圧供給350及び出力360に接続されている。正電圧供給320は、高CMOS電圧Vddの電力を供給する。この電力はCMOS論理装置に対して高値を(論理「1」)示す電圧として使用される。グラウンド電圧供給350は、グラウンド値Gndを供給する。そのグラウンド値Gndはまた、CMOS論理装置に対して低値(論理「0」)示す電圧として使用される。インバータ300は、正電圧供給入力325、第1PMOSトランジスタ330、第1NMOSトランジスタ340及びグラウンド電圧供給入力355を備えている。 FIG. 3 shows an example of a CMOS logic device. 3 is an inverter 300, those skilled in the art will appreciate that the embodiments disclosed herein may be used with any standard logic device or some combination of standard logic devices. In FIG. 12, the inverter 300 may be a component of the input buffer circuit 80 of the reconfigurable device, for example. For ease of explanation, the disclosed embodiments are described with reference to CMOS logic devices. Other embodiments using other forms of logic devices are also possible. The CMOS inverter shown in FIG. 3 is connected to an input 310, a positive voltage supply 320, a ground voltage supply 350 and an output 360. The positive voltage supply 320 supplies power with a high CMOS voltage V dd . This power is used as a voltage indicating a high value (logic “1”) for the CMOS logic device. The ground voltage supply 350 supplies the ground value Gnd. The ground value Gnd is also used as a voltage indicating a low value (logic “0”) for the CMOS logic device. The inverter 300 includes a positive voltage supply input 325, a first PMOS transistor 330, a first NMOS transistor 340, and a ground voltage supply input 355.

インバータ300は、入力310上の信号の反転信号を、出力360に伝達する。入力310上の信号が低値(例えばGnd、CMOS低など)の場合、第1PMOSトランジスタ330がオンされ、正電圧供給320から正電圧供給入力325を通して出力360へ電流が流れる。これにより、高信号は出力360へ送られる。第1NMOSトランジスタ340は低信号によってオフされており、グラウンド電圧供給350への経路は阻止されており、電流がグラウンド電圧供給350へ流れることが防止される。入力310上の信号が高値(つまり、Vdd、CMOS高など)の場合、第1PMOSトランジスタ330がオフされ、電流が正電圧供給320から流れることが防止される。第1NMOSトランジスタ340は高値によってオンされており、これにより出力360がグラウンド電圧供給入力355を通してグラウンド電圧供給350へ接続される。これにより、低信号は出力360へ送られる。 Inverter 300 transmits an inverted signal of the signal on input 310 to output 360. When the signal on input 310 is low (eg, Gnd, CMOS low, etc.), the first PMOS transistor 330 is turned on and current flows from the positive voltage supply 320 through the positive voltage supply input 325 to the output 360. This sends a high signal to output 360. The first NMOS transistor 340 is turned off by a low signal, the path to the ground voltage supply 350 is blocked, and current is prevented from flowing to the ground voltage supply 350. When the signal on input 310 is high (ie, V dd , CMOS high, etc.), the first PMOS transistor 330 is turned off, preventing current from flowing from the positive voltage supply 320. The first NMOS transistor 340 is turned on by a high value, which connects the output 360 to the ground voltage supply 350 through the ground voltage supply input 355. This sends a low signal to output 360.

図4に示すように電圧変調回路400は、インバータ300のような目標回路と共に使用され、高及び/または低出力信号を供給する。電圧変調回路400は、インバータ300へ供給される電力が最初に電圧変調回路400を通り、その後にインバータ300へ供給されるように、インバータ300の正電圧供給320と正電圧供給入力325の間に接続されている。電圧変調回路400は、インバータ300の正電圧供給320と正電圧供給入力325の間に配置されているので、インバータ300によって形成された既存の経路以外には追加的電流経路が形成されない。従って、電圧変調回路400は、インバータ300内の既存のもの以外に追加的電力消費源となるものを形成しない。   As shown in FIG. 4, the voltage modulation circuit 400 is used with a target circuit such as the inverter 300 to provide a high and / or low output signal. The voltage modulation circuit 400 is connected between the positive voltage supply 320 and the positive voltage supply input 325 of the inverter 300 so that the power supplied to the inverter 300 first passes through the voltage modulation circuit 400 and then is supplied to the inverter 300. It is connected. Since the voltage modulation circuit 400 is disposed between the positive voltage supply 320 and the positive voltage supply input 325 of the inverter 300, no additional current path is formed other than the existing path formed by the inverter 300. Therefore, the voltage modulation circuit 400 does not form anything that becomes an additional power consumption source other than the existing one in the inverter 300.

電圧変調回路400は、コンバータとバイパス回路を備えている。一つの実施形態では、コンバータは第2NMOSトランジスタ410であり、バイパス回路は第2PMOSトランジスタ420である。他の実施形態において、コンバータは一つまたは複数のトランジスタ、ダイオードまたは他の装置のような他の種類の装置で構成される。これらの装置は、入力310上の信号が減少高信号であっても、第1PMOSトランジスタ330がオフされることを保証するのに有効な減少レベルに正電圧供給320上の電圧を変換する。他の実施形態では、バイパス回路は、一つまたは複数のスイッチまたは他の装置のような他の種類の装置で構成される。これらの装置は、高値と減少高値の間でインバータ300に与えられた信号を選択的に制御する。   The voltage modulation circuit 400 includes a converter and a bypass circuit. In one embodiment, the converter is a second NMOS transistor 410 and the bypass circuit is a second PMOS transistor 420. In other embodiments, the converter comprises other types of devices such as one or more transistors, diodes or other devices. These devices convert the voltage on the positive voltage supply 320 to a reduced level that is effective to ensure that the first PMOS transistor 330 is turned off, even if the signal on the input 310 is a reduced high signal. In other embodiments, the bypass circuit is comprised of other types of devices such as one or more switches or other devices. These devices selectively control the signal applied to the inverter 300 between a high value and a decreasing high value.

正電圧供給320は、第2NMOSトランジスタ410のゲート及びドレインの両方に接続されており、さらに第2PMOSトランジスタ420のソースにも接続されている。制御入力430は、第2PMOSトランジスタ420のゲートに接続されている。第2NMOSトランジスタ410のソース及び第2PMOSトランジスタ420のドレインは、インバータ300の正電圧供給入力325に接続されている。   The positive voltage supply 320 is connected to both the gate and drain of the second NMOS transistor 410 and is further connected to the source of the second PMOS transistor 420. The control input 430 is connected to the gate of the second PMOS transistor 420. The source of the second NMOS transistor 410 and the drain of the second PMOS transistor 420 are connected to the positive voltage supply input 325 of the inverter 300.

インバータ300が通常動作のときは、入力310上の信号は低値と減少高値の間で変化する。入力信号が低値のときは、制御入力430は第2PMOSトランジスタ420へ低値を供給可能になっている。入力信号が減少高値のときは、制御入力430は第2PMOSトランジスタ420へ高値を供給可能になっている。これらの制御入力値は、出力360上の信号を反転するか、出力信号の反転信号である信号の他の利用できる源から導出できる。より一般的には、いかなる論理装置において、制御入力値は、論理装置内のPMOSトランジスタを通しての導通経路がない場合は常に第2PMOSトランジスタ420がオフ(つまり、制御入力高となり)であり、論理装置内のPMOSトランジスタを通しての導通経路がある場合は常に第2PMOSトランジスタ420がオン(制御低)となるように構成されている。標準CMOSゲートに対して(NMOSまたはPMOS装置のいずれかを通して経路が存在するが両方同時には存在しない場合)、「PMOS導通]状態は出力上の高信号と等しく、「PMOS非導通」状態は出力上の低信号と等しい。したがって、制御信号の値は出力信号の反転信号となる。電圧変調回路400は、CMOSゲートへの供給接続に接続しており、CMOSゲート(例えば入力310)への個々のデータ入力へは接続していないので、制御入力430が入力310を追尾することは常に必要というわけではない。これが図1の弱プルアップ回路との異なる点である。弱プルアップ回路は個々の入力を制御しようとするため、入力が高のとき低である制御信号をプルアップのために必要とする従って、弱プルアップ回路は、必要な制御信号が供給され得るゲートに対してのみ動作する。図1の回路は、例えばNORゲートへは適用できないが、図4に示す本発明の実施形態の回路はいかなるCMOSゲートにも適用できる。   When inverter 300 is in normal operation, the signal on input 310 changes between a low value and a decreasing high value. When the input signal has a low value, the control input 430 can supply a low value to the second PMOS transistor 420. When the input signal has a decreasing high value, the control input 430 can supply a high value to the second PMOS transistor 420. These control input values can be derived from other available sources of signals that invert the signal on output 360 or that are inverted signals of the output signal. More generally, in any logic device, the control input value is such that the second PMOS transistor 420 is off (ie, the control input is high) whenever there is no conduction path through the PMOS transistor in the logic device. When there is a conduction path through the PMOS transistor, the second PMOS transistor 420 is always turned on (low control). For standard CMOS gates (if there is a path through either an NMOS or PMOS device, but not both at the same time), the “PMOS conduction” state is equal to the high signal on the output, and the “PMOS non-conduction” state is the output Equal to the low signal above. Therefore, the value of the control signal is an inverted signal of the output signal. The voltage modulation circuit 400 is connected to the supply connection to the CMOS gate and not to the individual data inputs to the CMOS gate (eg, input 310), so that the control input 430 tracks the input 310. It is not always necessary. This is a difference from the weak pull-up circuit of FIG. Since the weak pull-up circuit attempts to control the individual inputs, it requires a control signal for pull-up that is low when the input is high. Therefore, the weak pull-up circuit can be supplied with the necessary control signals. Operates only on the gate. The circuit of FIG. 1 cannot be applied to, for example, a NOR gate, but the circuit of the embodiment of the present invention shown in FIG. 4 can be applied to any CMOS gate.

入力信号が低値であり、従って制御入力430が低値を第2PMOSトランジスタ420へ供給するときは、第2PMOSトランジスタ420は全電圧Vddを正電圧供給入力320から正電圧供給入力325へ伝達する。この全電圧Vddは第2NMOSトランジスタ410を通して伝達されている減少電圧に優先する。このように制御入力430上の制御信号は、第2PMOSトランジスタ420を選択し、全正供給電圧Vddを正電圧供給入力325へ供給するように動作する。 When the input signal is low and thus the control input 430 supplies a low value to the second PMOS transistor 420, the second PMOS transistor 420 transfers the full voltage V dd from the positive voltage supply input 320 to the positive voltage supply input 325. . This total voltage V dd takes precedence over the reduced voltage transmitted through the second NMOS transistor 410. Thus, the control signal on the control input 430 operates to select the second PMOS transistor 420 and supply the full positive supply voltage V dd to the positive voltage supply input 325.

入力信号が低値なので、第1PMOSトランジスタ330はVddを正電圧供給入力325から出力360へ供給する。第1NMOSトランジスタ340は低値によりオフされ、このためトランジスタ340を通してのグラウンド電圧供給350への電流経路はない。従って、全CMOS高信号がインバータ300の出力360上へ供給される。 Since the input signal is low, the first PMOS transistor 330 supplies V dd from the positive voltage supply input 325 to the output 360. The first NMOS transistor 340 is turned off by a low value, so there is no current path through the transistor 340 to the ground voltage supply 350. Thus, all CMOS high signals are provided on the output 360 of the inverter 300.

入力信号が減少高信号であり、従って制御入力430が第2PMOSトランジスタ420に高信号を供給するとき、第2PMOSトランジスタ420はオフされ、それにより電流が第2PMOSトランジスタ420を流れることが阻止される。しかしながら、依然として第2NMOSトランジスタ410を通しての正電圧供給320への接続が存在する。これは第2NMOSトランジスタ410のゲートがVddへ接続されており、それゆえ第2NMOSトランジスタ410が常に導通状態にあることによる。NMOSトランジスタはそのゲート電圧よりも大きく、その閾値電圧よりも小さい高信号を伝達することはできないことを再考されたい。NMOSトランジスタができることは高々、減少高信号を伝達することであり、この場合Vdd−Vt(N2)であり、Vt(N2)は第2NMOSトランジスタ410の閾値電圧である。この減少高信号は正電圧供給入力325へ供給される。このようにして、制御入力430上の制御信号は第2NMOSトランジスタ410を選択し、減少高信号を正電圧供給入力325へ供給するように動作する。 When the input signal is a decreasing high signal and therefore the control input 430 provides a high signal to the second PMOS transistor 420, the second PMOS transistor 420 is turned off, thereby preventing current from flowing through the second PMOS transistor 420. However, there is still a connection to the positive voltage supply 320 through the second NMOS transistor 410. This is because the gate of the second NMOS transistor 410 is connected to V dd and therefore the second NMOS transistor 410 is always conductive. Recall that an NMOS transistor cannot transmit a high signal that is greater than its gate voltage and less than its threshold voltage. What an NMOS transistor can do is to transmit a decreasing high signal at most, in this case V dd −V t (N 2) , where V t (N 2) is the threshold voltage of the second NMOS transistor 410. This reduced high signal is supplied to the positive voltage supply input 325. In this way, the control signal on the control input 430 operates to select the second NMOS transistor 410 and supply a reduced high signal to the positive voltage supply input 325.

正電圧供給入力信号はVdd−Vt(N2)の減少高値であり、入力310からの入力信号はVdd−Vt(pass)の減少高値である(ここでVt(pass)は、それを通して入力信号が入力310に接続される一つまたは複数の装置の閾値電圧である)。ここで、第2NMOSトランジスタ410の閾値電圧が、入力310へ接続された一つまたは複数の装置の閾値電圧に略等しくなるように選択されていると仮定すると、入力信号と正電圧供給入力信号は略同電圧である。したがって、ゲート−ソース間の第1PMOSトランジスタ330の両端の電圧差は略ゼロであり、第1PMOSトランジスタ330はオフされる。Vt(N2)とVt(pass)が正確に等しくなる必要はない。要求される条件は、第1PMOSトランジスタ330を通して流れる電流が無視できることを保証するような、ゲート−ソース間電圧であるということである。この条件は、ゲート−ソース間電圧が1/2Vt(P1)を超えるときに典型的に満たされる。これはVt(N2)−Vt(pass)≧1/2Vt(P1)という条件に等しい(PMOSトランジスタは十分に低いゲート電圧によってオンされ、高いゲート電圧によってオフされることを再考されたい)。 The positive voltage supply input signal has a decreasing high value of V dd -V t (N2) , and the input signal from the input 310 has a decreasing high value of V dd -V t (pass) (where V t (pass) is Through which the input signal is the threshold voltage of one or more devices connected to the input 310). Here, assuming that the threshold voltage of the second NMOS transistor 410 is selected to be approximately equal to the threshold voltage of one or more devices connected to the input 310, the input signal and the positive voltage supply input signal are It is approximately the same voltage. Therefore, the voltage difference between both ends of the first PMOS transistor 330 between the gate and the source is substantially zero, and the first PMOS transistor 330 is turned off. V t (N2) and V t (pass) need not be exactly equal. The required condition is a gate-source voltage that ensures that the current flowing through the first PMOS transistor 330 is negligible. This condition is typically satisfied when the gate-source voltage exceeds 1/2 Vt (P1) . This is equivalent to the condition Vt (N2) −Vt (pass) ≧ 1 / 2Vt (P1) ( rethink that the PMOS transistor is turned on by a sufficiently low gate voltage and turned off by a high gate voltage. ).

たとえ、正電圧供給320が全Vdd電圧を供給していても第1PMOSトランジスタ330を通してのリーク電流はない。これは、全Vdd電圧信号が第2NMOSトランジスタ410によって減少高信号へ変換されているからである。入力310上の減少高信号は依然として第1NMOSトランジスタ340上の閾値電圧を超えるほど強いのでそのトランジスタをオンし、出力360上の信号はグラウンド電圧供給350によりGndへ下げられる。従って、全CMOS低がインバータ300の出力360に供給される。 Even if the positive voltage supply 320 supplies the full V dd voltage, there is no leakage current through the first PMOS transistor 330. This is because the entire V dd voltage signal is converted to a reduced high signal by the second NMOS transistor 410. Since the reduced high signal on input 310 is still strong enough to exceed the threshold voltage on first NMOS transistor 340, the transistor is turned on and the signal on output 360 is lowered to Gnd by ground voltage supply 350. Thus, all CMOS low is supplied to the output 360 of the inverter 300.

図5に示す第2実施形態では、入力310が高信号を供給できるが、低信号ではなく増大低信号のみを供給できる状況に対処するために、電圧変調回路の変形が使用されている。第2電圧変調回路500はインバータ300と共に使用され、高及び/または低出力信号を供給する。第2電圧変調回路500は、インバータ300から取り出された電流が最初に第2電圧変調回路500を通り、次にグラウンド電圧供給350に流れるように、インバータ300のグラウンド電圧供給350とグラウンド電圧供給入力355の間に接続されている。第2電圧変調回路500は、インバータ300のグラウンド電圧供給350とグラウンド電圧供給入力355の間に配置されているので、インバータ300により形成された既存の経路以外に追加的な電流経路はない。従って、第2電圧変調回路500はインバータ300内の既存のもの以外に追加的な電力消費源を形成しない。   In the second embodiment shown in FIG. 5, a variation of the voltage modulation circuit is used to address the situation where the input 310 can supply a high signal, but can only supply an increased low signal rather than a low signal. The second voltage modulation circuit 500 is used with the inverter 300 to provide a high and / or low output signal. The second voltage modulation circuit 500 includes a ground voltage supply 350 and a ground voltage supply input of the inverter 300 such that the current drawn from the inverter 300 first flows through the second voltage modulation circuit 500 and then flows to the ground voltage supply 350. 355 is connected. Since the second voltage modulation circuit 500 is disposed between the ground voltage supply 350 and the ground voltage supply input 355 of the inverter 300, there is no additional current path other than the existing path formed by the inverter 300. Therefore, the second voltage modulation circuit 500 does not form an additional power consumption source other than the existing one in the inverter 300.

第2電圧変調回路500はコンバータとバイパス回路を備えている。一つの実施形態においては、コンバータは第3PMOSトランジスタ510であり、バイパス回路は第3NMOSトランジスタ520である。他の実施形態において、コンバータは、一つまたは複数のトランジスタ、ダイオードまたは他の装置等の他の種類の装置から構成されている。これらの装置は、入力310上の信号が増大低信号であっても、グラウンド電圧供給350上の低信号を第1NMOSトランジスタ340がオフされることを保証するのに有効な増大低レベルに変換する。他の実施形態においては、バイパス回路は一つまたは複数のスイッチまたは他の装置等の他の種類の装置から構成されている。これらの装置は、低値と増大低値の間でインバータ300に供給される電圧を選択的に制御する。   The second voltage modulation circuit 500 includes a converter and a bypass circuit. In one embodiment, the converter is a third PMOS transistor 510 and the bypass circuit is a third NMOS transistor 520. In other embodiments, the converter is comprised of other types of devices, such as one or more transistors, diodes or other devices. These devices convert the low signal on ground voltage supply 350 to an increased low level that is effective to ensure that the first NMOS transistor 340 is turned off, even if the signal on input 310 is an increased low signal. . In other embodiments, the bypass circuit comprises other types of devices such as one or more switches or other devices. These devices selectively control the voltage supplied to the inverter 300 between a low value and an increased low value.

グラウンド電圧供給350は、第3PMOSトランジスタ510のゲート及びドレインの両方に接続されており、さらに第3NMOSトランジスタ520のソースにも接続されている。第2電圧変調回路500はまた第3NMOSトランジスタ520のゲートに接続される制御入力530を備えている。第3PMOSトランジスタ510のソースと第3NMOSトランジスタ520のドレインは共にインバータ300のグラウンド電圧供給入力355へ接続されている。   The ground voltage supply 350 is connected to both the gate and drain of the third PMOS transistor 510 and is further connected to the source of the third NMOS transistor 520. The second voltage modulation circuit 500 also has a control input 530 connected to the gate of the third NMOS transistor 520. The source of the third PMOS transistor 510 and the drain of the third NMOS transistor 520 are both connected to the ground voltage supply input 355 of the inverter 300.

インバータ300が通常動作のときは、入力310上の信号は増大低値と高値の間で変化する。入力信号が高値のときは、制御入力530は高値を第3NMOSトランジスタ520に供給可能になっている。入力信号が増大低値のとき制御入力530は、第3NMOSトランジスタ520に低値を供給可能になっている。これらの制御入力値は出力360上の信号を反転するか、または他の利用できる出力信号の反転信号である信号源から導出される。より一般的には、いかなる論理装置において、制御入力値は、論理装置内のNMOSトランジスタを通して導通経路がないときは常に第3NMOSトランジスタ520がオフ(つまり制御入力低)であり、論理装置内のNMOSトランジスタを通して導通経路があるときは常に第3NMOSトランジスタ520がオン(制御高)となるように構成されている。標準的なCMOSゲートに対しては(NMOSまたはPMOS装置を通して経路がある場合であり、両方同時ではない場合)、「NMOS導通」状態は出力上の低信号に等しく、「NMOS非導通」状態は出力上の高信号に等しい。したがって、制御信号の値は、出力信号の反転信号となる。第2電圧変調回路500がCMOSゲートの供給接続に接続しており、CMOSゲート(つまり、入力310)への個々のデータ入力には接続していないので、制御入力530が入力310を追尾することは常に必要というわけではない。これが図1の弱プルアップ回路との違いである。弱プルアップ回路は個々の入力を制御しようとして、入力が高のとき低である制御信号をプルアップのために必要とする。したがって、制御信号は、要求される制御信号が供給され得るゲートに対してのみ動作する。例えば図1の回路はNORゲートに適用できないが、図5に示す本発明の実施形態の回路はいかなるCMOSゲートにも適用可能である。   When inverter 300 is in normal operation, the signal on input 310 changes between an increasing low value and a high value. When the input signal has a high value, the control input 530 can supply the high value to the third NMOS transistor 520. When the input signal has an increased low value, the control input 530 can supply a low value to the third NMOS transistor 520. These control input values are derived from a signal source that inverts the signal on output 360 or is the inverse of another available output signal. More generally, in any logic device, the control input value is such that the third NMOS transistor 520 is off (ie, the control input is low) whenever there is no conduction path through the NMOS transistor in the logic device, and the NMOS in the logic device. The third NMOS transistor 520 is configured to be on (control high) whenever there is a conduction path through the transistor. For standard CMOS gates (if there is a path through an NMOS or PMOS device, but not both), the “NMOS conduction” state is equal to a low signal on the output and the “NMOS non-conduction” state is Equal to high signal on output. Therefore, the value of the control signal is an inverted signal of the output signal. The control input 530 tracks the input 310 because the second voltage modulation circuit 500 is connected to the CMOS gate supply connection and not to the individual data inputs to the CMOS gate (ie, input 310). Is not always necessary. This is the difference from the weak pull-up circuit of FIG. The weak pull-up circuit attempts to control individual inputs and requires a control signal for pull-up that is low when the input is high. Thus, the control signal operates only on the gate that can be supplied with the required control signal. For example, the circuit of FIG. 1 cannot be applied to a NOR gate, but the circuit of the embodiment of the present invention shown in FIG. 5 can be applied to any CMOS gate.

入力信号が高値であり、従って制御入力530が高値を第3NMOSトランジスタ520に供給するとき、第3NMOSトランジスタ520は全グラウンド電圧Gndをグラウンド電圧供給350からグラウンド電圧供給入力355へ伝達する。この全グラウンド電圧Gndは、第3PMOSトランジスタ510を通して伝達されている増大低信号に優先する。このように、制御入力530上の信号は第3NMOSトランジスタ520を選択し、グラウンド信号をグラウンド電圧供給入力355へ供給するように動作する。   When the input signal is high and therefore the control input 530 supplies a high value to the third NMOS transistor 520, the third NMOS transistor 520 transfers the entire ground voltage Gnd from the ground voltage supply 350 to the ground voltage supply input 355. This total ground voltage Gnd takes precedence over the increased low signal being transmitted through the third PMOS transistor 510. Thus, the signal on the control input 530 operates to select the third NMOS transistor 520 and supply the ground signal to the ground voltage supply input 355.

入力信号が高値なので、第1PMOSトランジスタ330はオフされ、正電圧供給320から出力360へ電流は流れない。第1NMOSトランジスタ340は高値によってオンされており、グラウンド電圧供給350は出力360に接続される。これにより、出力360はGndへプルダウンされる。したがって、全CMOS低値はインバータ300の出力360上へ供給される。   Since the input signal is high, the first PMOS transistor 330 is turned off and no current flows from the positive voltage supply 320 to the output 360. The first NMOS transistor 340 is turned on by a high value, and the ground voltage supply 350 is connected to the output 360. As a result, the output 360 is pulled down to Gnd. Thus, all CMOS low values are provided on the output 360 of the inverter 300.

入力信号が増大低値であり、したがって制御入力530が第3NMOSトランジスタ520に低値を供給すると、第3NMOSトランジスタ520がオフされ、それにより電流が第3NMOSトランジスタ520を通して流れることが阻止される。しかしながら、第3PMOSトランジスタ510のゲートがGndへ接続されており、第3PMOSトランジスタ510がそのために常に導通状態なので、第3PMOSトランジスタ510を通してのグラウンド電圧供給350への接続は依然として存在する。PMOSトランジスタは全低信号を伝達できないことを再考されたい。PMOSトランジスタは高々、減少低信号を伝達できるだけであり、この場合−Vt(P2)であり、Vt(P2)は第3PMOSトランジスタ510の閾値電圧である(PMOSトランジスタは通常、負の閾値電圧を持つといわれ、−Vt(P2)は従って正値となる)。この増大低信号は、グラウンド電圧供給入力355に供給される。このように、制御入力530上の信号は第3PMOSトランジスタ510を選択して、増大低信号をグラウンド電圧供給入力355へ供給する。 If the input signal is an increasing low value and therefore the control input 530 provides a low value to the third NMOS transistor 520, the third NMOS transistor 520 is turned off, thereby preventing current from flowing through the third NMOS transistor 520. However, there is still a connection to the ground voltage supply 350 through the third PMOS transistor 510 because the gate of the third PMOS transistor 510 is connected to Gnd and the third PMOS transistor 510 is therefore always conducting therefor. Recall that a PMOS transistor cannot carry a full low signal. The PMOS transistor can only carry a decreasing low signal at most, in this case -Vt (P2) , where Vt (P2) is the threshold voltage of the third PMOS transistor 510 (the PMOS transistor is typically a negative threshold voltage). -Vt (P2) is therefore positive). This increased low signal is supplied to the ground voltage supply input 355. Thus, the signal on control input 530 selects third PMOS transistor 510 and provides an increased low signal to ground voltage supply input 355.

グラウンド電圧供給入力信号は−Vt(P2)の増大低値であり、入力310からの入力信号は−Vt(pass)の増大低値である(Vt(pass)は、それを通して入力信号が入力310へ接続される一つまたは複数の装置の閾値電圧であり、PMOS装置に対して負値でもある)。ここで、第3PMOSトランジスタ510の閾値電圧が、入力信号が入力310へ接続されるまでに通過した一つまたは複数の装置の閾値に略等しくなるように選択されていると仮定すると、入力信号とグラウンド電圧供給入力信号は略同電圧になる。第1NMOSトランジスタ340の両端にかかるゲート−ソース間電圧はそれゆえに略ゼロであり、第1NMOSトランジスタ340はオフされる。第1NMOSトランジスタ340を通して流れる電流が無視できることが保証される程度にゲート−ソース間電圧が十分に低ければ、Vt(P2)とVt(pass)が正確に等しい必要はない。この条件は、ゲート−ソース間電圧が1/2Vt(N1)未満のとき典型的に満たされる。これはVt(P2)−Vt(pass)≦1/2Vt(N1)という条件に等しい。 A ground voltage supply input signal is increased low value of -V t (P2), the input signal from the input 310 is increased low value of -V t (pass) (V t (pass) , the input signal through it Is the threshold voltage of one or more devices connected to input 310 and is also negative for the PMOS device). Here, assuming that the threshold voltage of the third PMOS transistor 510 is selected to be approximately equal to the threshold of one or more devices that have passed before the input signal is connected to the input 310, the input signal The ground voltage supply input signal is substantially the same voltage. The gate-source voltage across the first NMOS transistor 340 is therefore approximately zero and the first NMOS transistor 340 is turned off. V t (P2) and V t (pass) need not be exactly equal if the gate-source voltage is sufficiently low to ensure that the current flowing through the first NMOS transistor 340 is negligible. This condition is typically satisfied when the gate-source voltage is less than 1/2 V t (N1) . This is equivalent to the condition of Vt (P2) −Vt (pass) ≦ 1 / 2Vt (N1) .

全Gnd電圧信号は、第3PMOSトランジスタ510によって増大低信号に変換されるので、グラウンド電圧供給350が全Gnd電圧信号を供給し続けても、第1NMOSトランジスタ340を通してのリーク電流は実質的にはない。入力310上の増大低信号は依然として、第1PMOSトランジスタ330のゲート−ソース間電圧を閾値電圧未満に維持するのに十分なほど低く、それによりそれをオンし、出力360上の信号はこのようにVddへプルされる。したがって、全CMOS高がインバータ300の出力360上に供給される。 Since the entire Gnd voltage signal is converted to an increased low signal by the third PMOS transistor 510, there is substantially no leakage current through the first NMOS transistor 340 even if the ground voltage supply 350 continues to supply the entire Gnd voltage signal. . The increased low signal on input 310 is still low enough to keep the gate-source voltage of the first PMOS transistor 330 below the threshold voltage, thereby turning it on, and the signal on output 360 is thus Pulled to V dd . Thus, the full CMOS height is provided on the output 360 of the inverter 300.

電圧変調回路400と第2電圧変調回路500を組合せて、入力310が高値または低値に到達しない信号を供給する状況に対処するように使用できる。この組合せは図6に示されている。   The voltage modulation circuit 400 and the second voltage modulation circuit 500 can be combined and used to handle situations where the input 310 provides a signal that does not reach a high or low value. This combination is illustrated in FIG.

電圧変調回路400、500のどちらかまたは両方は、いかなるCMOS論理装置と共に使用できる。例えば、図7はCMOS NANDゲート700と共に使用される電圧変調回路400を示している。NANDゲートは、いずれかの入力信号が低のときは常に高出力信号を生成し、両方の入力信号が高のときは低出力信号を生成する。従って、第1入力730(IN1)または第2入力740(IN2)のいずれかが低信号を供給するときは、対応するPMOSトランジスタ710、720はオンされ、Vdd電圧が正電圧供給320から第2PMOSトランジスタ420を通して、その後オンしたPMOSトランジスタ710、720を通して出力780上へ伝達されるようになる。入力730、740の少なくとも一つが低信号を供給しているので、対応するNMOSトランジスタ750、760の少なくとも一つはオフされ、このようにしていかなる電流もグラウンド電圧供給350へ流れることを阻止される。両方の入力信号が高のときは、両方のPMOSトランジスタ710、720はオフされ、両方のNMOSトランジスタ750、760はオンされる。これによりVdd電圧が阻止され、グラウンド電圧供給350と出力780の間の接続が形成され、これにより出力信号をGndまで引き下げる。 Either or both of the voltage modulation circuits 400, 500 can be used with any CMOS logic device. For example, FIG. 7 shows a voltage modulation circuit 400 used with a CMOS NAND gate 700. The NAND gate generates a high output signal whenever either input signal is low and generates a low output signal when both input signals are high. Therefore, when either the first input 730 (IN1) or the second input 740 (IN2) provides a low signal, the corresponding PMOS transistor 710, 720 is turned on and the V dd voltage is supplied from the positive voltage supply 320 to the first. 2 is transmitted to the output 780 through the PMOS transistor 420 and then through the PMOS transistors 710 and 720 that are turned on. Since at least one of the inputs 730, 740 is providing a low signal, at least one of the corresponding NMOS transistors 750, 760 is turned off, thus preventing any current from flowing to the ground voltage supply 350. . When both input signals are high, both PMOS transistors 710, 720 are turned off and both NMOS transistors 750, 760 are turned on. This blocks the V dd voltage and creates a connection between the ground voltage supply 350 and the output 780, thereby pulling the output signal down to Gnd.

両方の入力信号が減少高信号の場合は、上述のように、制御入力430は高信号を供給し、電圧変調回路400は減少高信号をPMOSトランジスタ710、720へ供給する。制御入力430上の制御信号は、上述のように生成された出力780上の出力信号の反転信号である。これにより、いかなる無視できない電流がPMOSトランジスタ710、720を通してリークすることが阻止され、よって省電力となる。ここにおいても、電圧変調回路400がVddとGnd間の既存の電流経路に沿って配置されているので、追加的な電流経路は形成されないことに留意されたい。入力730、740上の減少高信号はグラウンド電圧供給350と出力780間の接続を形成するのに十分であり、それゆえ低信号が出力780上へ適切に供給される。 If both input signals are reduced high signals, the control input 430 provides a high signal and the voltage modulation circuit 400 supplies the reduced high signal to the PMOS transistors 710, 720 as described above. The control signal on control input 430 is an inverted signal of the output signal on output 780 generated as described above. This prevents any non-negligible current from leaking through the PMOS transistors 710, 720, thus saving power. Again, it should be noted that since the voltage modulation circuit 400 is arranged along the existing current path between V dd and Gnd, no additional current path is formed. The reduced high signal on inputs 730, 740 is sufficient to form a connection between ground voltage supply 350 and output 780, so that a low signal is properly provided on output 780.

他の例として、図8に示すように電圧変調回路400はCMOS NORゲート800と共に使用される。NORゲートはいずれかの入力信号が高のときは常に低出力信号を生成し、両方の入力信号が低のときは高出力信号を生成する。従って第1入力850または第2入力860のいずれかが高信号を供給するときは、対応するNMOSトランジスタ810、820はオンされ、グラウンド電圧供給350から出力870への接続は閉じられ、出力870はGndまで引き下げられる。入力850、860の少なくとも一つは高信号が供給されているので、対応するPMOSトランジスタ830、840の少なくとも一つはオフされ、いかなる電流も正電圧供給320から流れることが阻止される。両方の入力信号が低の場合は、両方のNMOSトランジスタ810、820がオフされ、両方のPMOSトランジスタ830、840がオンされる。これにより、グラウンド電圧供給350と出力870間の接続が阻止され、正電圧供給320と出力870間の接続が形成されて、出力信号をVddにする。 As another example, a voltage modulation circuit 400 is used with a CMOS NOR gate 800 as shown in FIG. The NOR gate always generates a low output signal when either input signal is high, and generates a high output signal when both input signals are low. Thus, when either the first input 850 or the second input 860 provides a high signal, the corresponding NMOS transistor 810, 820 is turned on, the connection from the ground voltage supply 350 to the output 870 is closed, and the output 870 is Pulled down to Gnd. Since at least one of the inputs 850, 860 is supplied with a high signal, at least one of the corresponding PMOS transistors 830, 840 is turned off, preventing any current from flowing from the positive voltage supply 320. When both input signals are low, both NMOS transistors 810, 820 are turned off and both PMOS transistors 830, 840 are turned on. This blocks the connection between the ground voltage supply 350 and the output 870 and creates a connection between the positive voltage supply 320 and the output 870, causing the output signal to be V dd .

いずれかの入力信号が減少高信号の場合、制御入力430は高値を供給し、電圧変調回路400は上述のように減少高信号をPMOSトランジスタ840へ供給する。制御入力430上の制御信号は、上述のように生成された出力870上の出力信号の反転信号である。これによりいかなる無視できない電流もPMOSトランジスタ840を通してリークすることが阻止され、よって省電力となる。電圧変調回路400がVddとGnd間の既存の電流経路に沿って配置されているので、追加的な電流経路は形成されないことに留意されたい。入力850、860上の減少高信号はグラウンド電圧供給350と出力870間の接続を形成するのに十分であり、低信号が出力870上へ適切に供給される。 If any input signal is a reduced high signal, the control input 430 provides a high value and the voltage modulation circuit 400 provides the reduced high signal to the PMOS transistor 840 as described above. The control signal on control input 430 is an inverted signal of the output signal on output 870 generated as described above. This prevents any non-negligible current from leaking through the PMOS transistor 840, thus saving power. It should be noted that since the voltage modulation circuit 400 is arranged along the existing current path between V dd and Gnd, no additional current path is formed. The reduced high signal on inputs 850, 860 is sufficient to form a connection between ground voltage supply 350 and output 870, and a low signal is suitably provided on output 870.

図9を参照して、制御入力430は図に示すように第2NMOSトランジスタ410と第2PMOSトランジスタ420の両ゲートのいずれかへ二者択一的に接続することができる。その結果、制御入力430上の容量性負荷となる。トランジスタゲートは固有の容量を有するので容量は増大するが、これは追加的なトランジスタゲートへの接続があることによる。しかしながらこの構成は、トランジスタをそのゲートを共に結合してN/Pの対で配置される傾向があるメタルマスクプログラマブルゲートアレイに使用されるような、あるシリコン構成様式との互換性があってもよい。   Referring to FIG. 9, the control input 430 can be alternatively connected to either one of the gates of the second NMOS transistor 410 and the second PMOS transistor 420 as shown. The result is a capacitive load on the control input 430. Since the transistor gate has its own capacitance, the capacitance increases because of the connection to the additional transistor gate. However, this configuration is compatible with certain silicon configurations, such as those used in metal mask programmable gate arrays that tend to place transistors in N / P pairs with their gates coupled together. Good.

弱プルアップトランジスタと比較した場合の上述の電圧変調回路400、500の利点は、入力310へ接続されている信号経路における抵抗に最適装置強度が依存しないため、電圧変調回路400、500に対する装置強度を選択し易いということである。図10には、図4の回路と同様な回路1000が示されており、制御信号は接続1020と出力インバータ1010を介してインバータ300の反転出力により供給されている。   The advantage of the voltage modulation circuit 400, 500 described above compared to a weak pull-up transistor is that the device strength relative to the voltage modulation circuit 400, 500 is independent because the optimum device strength does not depend on the resistance in the signal path connected to the input 310. It is easy to select. FIG. 10 shows a circuit 1000 similar to the circuit of FIG. 4, where the control signal is supplied by the inverted output of inverter 300 via connection 1020 and output inverter 1010.

回路1000が機能するためには、入力310における入力信号の変化が出力1030へ伝達されることが必要である。これは逆に、接続1020上の制御信号が誤状態にあっても出力インバータ1010は反転できなければならないことを意味する。制御信号は出力インバータ1010から導出されるので、出力インバータ1010への入力が、接続1020上の信号が高であると同時に高となるような非ゼロの伝達遅延が起こり得る。接続1020上の制御信号が高なので、電圧変調回路400はインバータ300へ減少高信号Vdd−Vt(N2)を供給しているだけである。入力310が低であると、インバータ300は減少高信号をインバータ300の出力へ供給し、それは出力インバータ1010への入力となる。従って、出力インバータ1010はすべての可能な状況においても出力インバータ1010が反転できることを保証するためのVdd−Vt(N2)より低い切替え可能な閾値電圧(出力インバータ1010が高から低へ転移する電圧)を有することが必要である。これは出力インバータ1010における装置の相対強度に対する制約となり、入力310に接続されているいずれにも依存しない。 In order for circuit 1000 to function, the change in the input signal at input 310 needs to be communicated to output 1030. This conversely means that the output inverter 1010 must be able to invert even if the control signal on connection 1020 is in the wrong state. Since the control signal is derived from the output inverter 1010, a non-zero propagation delay can occur where the input to the output inverter 1010 is high at the same time as the signal on connection 1020 is high. Since the control signal on connection 1020 is high, voltage modulation circuit 400 is only providing a reduced high signal V dd −V t (N2) to inverter 300. When input 310 is low, inverter 300 provides a decreasing high signal to the output of inverter 300, which becomes the input to output inverter 1010. Thus, the output inverter 1010 can be switched threshold voltage lower than V dd −V t (N2) to ensure that the output inverter 1010 can invert in all possible situations (the output inverter 1010 transitions from high to low. Voltage). This is a restriction on the relative strength of the device in the output inverter 1010 and does not depend on anything connected to the input 310.

第2NMOSトランジスタ410と第2PMOSトランジスタ420の強度への制約は出力インバータ1010に比べてより緩和されている。トランジスタ410、420いずれかが、最適強度を超えて、または最適強度未満に形成されていると、回路1000はより低速度で作動するが、それでも正常に機能する。トランジスタ410、420の大きさに対する制約は、論理回路における他のいかなるトランジスタの大きさに対する制約と同様であり、同様にアプローチできる。当業者は容易にこれらの制約を評価し、トランジスタ410、420の強度についての適切な選択を行うことができるであろう。図10の回路に対して、第2NMOSトランジスタ410を第1NMOSトランジスタ340の強度と同じに、第2PMOSトランジスタ420を第1PMOSトランジスタ330の強度と同じように選択することは、典型的には機能的で物理的にコンパクトにし易いという結果になる(より一般的には、いかなる論理回路に対しても、電圧変調回路のトランジスタを論理装置のトランジスタと同じ強度になるように選択することは、典型的には機能的に有利な結果となる)。   The restrictions on the strength of the second NMOS transistor 410 and the second PMOS transistor 420 are more relaxed than those of the output inverter 1010. If either transistor 410, 420 is formed above or below optimum strength, the circuit 1000 operates at a lower speed but still functions normally. The constraints on the size of the transistors 410, 420 are similar to the constraints on the size of any other transistor in the logic circuit and can be approached in the same way. Those skilled in the art will readily be able to evaluate these constraints and make an appropriate selection for the strength of the transistors 410,420. For the circuit of FIG. 10, it is typically functional to select the second NMOS transistor 410 the same as the strength of the first NMOS transistor 340 and the second PMOS transistor 420 the same as the strength of the first PMOS transistor 330. The result is that it is easy to be physically compact (more generally, for any logic circuit, selecting a transistor of a voltage modulation circuit to be as strong as a transistor of a logic device is typically Is a functionally favorable result).

上述のように、図1におけるプルアップトランジスタ130の最適サイズは、入力を駆動する回路の抵抗に依存し、それは信号が辿ったルーティングネットワークを通しての経路の関数である。電圧変調回路400においては、入力310はトランジスタのソースまたはドレインではなく、インバータ300を形成するトランジスタ330、340のゲートへ接続する。インバータ300の正しい作動は、ルーティングネットワークを通して伝達されうる最大及び最小電圧の間にある切替え閾値に依存する。これらの電圧は、信号がルーティングネットワークを通して辿る経路に依存せず、従って要求されるインバータ閾値は、入力信号ルートとは独立したものとなる。同様に第2NMOSトランジスタ410の要求される閾値もまたルーティングネットワークを通して伝達される最高電圧に依存するが、それ以外はそのネットワークの特性からは独立している。   As mentioned above, the optimum size of the pull-up transistor 130 in FIG. 1 depends on the resistance of the circuit driving the input, which is a function of the path through the routing network the signal has followed. In voltage modulation circuit 400, input 310 is connected to the gates of transistors 330 and 340 forming inverter 300 rather than the source or drain of the transistor. The correct operation of the inverter 300 depends on a switching threshold that is between the maximum and minimum voltages that can be transmitted through the routing network. These voltages do not depend on the path that the signal follows through the routing network, so the required inverter threshold is independent of the input signal route. Similarly, the required threshold of the second NMOS transistor 410 also depends on the highest voltage transmitted through the routing network, but otherwise is independent of the network characteristics.

更に考慮すべきことは第2NMOSトランジスタ410の長さの選択である。上述したように、第1PMOSトランジスタ330を通してのリーク電流は、第2NMOSトランジスタ410と、入力310へ接続される装置(例えばルーティングネットワークにおけるNMOSパストランジスタ)との間の閾値電圧の差に依存する。第2NMOSトランジスタ410の閾値電圧が入力310に接続される装置の閾値電圧よりも高いことは、リーク電流が第1PMOSトランジスタ330を経て流れることを阻止するために好ましい。Vt(N2)が高ければ高いほど、第1PMOSトランジスタ330のソース電圧Vdd−Vt(N2)は低くなり、ゲート電圧Vdd−Vt(pass)(入力310により供給される)がソース電圧よりも低くなる事態がより起こりにくくなることによってリークが引き起こされにくくなる。 A further consideration is the selection of the length of the second NMOS transistor 410. As described above, the leakage current through the first PMOS transistor 330 depends on the threshold voltage difference between the second NMOS transistor 410 and the device connected to the input 310 (eg, an NMOS pass transistor in the routing network). The threshold voltage of the second NMOS transistor 410 is preferably higher than the threshold voltage of the device connected to the input 310 in order to prevent leakage current from flowing through the first PMOS transistor 330. The higher V t (N2) , the lower the source voltage V dd -V t (N2) of the first PMOS transistor 330 and the gate voltage V dd -V t (pass) (supplied by the input 310) is the source. Leakage is less likely to occur due to the fact that a situation where the voltage is lower than the voltage is less likely to occur.

多くのCMOS処理において、トランジスタの閾値電圧は、トランジスタの長さの関数である。図11のグラフは、一つのCMOS処理を例としたときの、この関数の例を示す。垂直な線は、実際にこのCMOS処理の例によって製造される、最小のトランジスタの長さを表している。最小の長さに近い領域では、トランジスタの長さが増大するにつれて閾値電圧が急に増大する。曲線は最小の長さの約2倍のところで平らになり、最終的には少し減少する。いくつかの実施形態における入力310へ接続されているようなNMOSパストランジスタは典型的には最小の長さである。従って、第2NMOSトランジスタ410の長さを閾値電圧曲線上のより高い点に一致するように選択することにより、第2NMOSトランジスタ410は相対的に高い閾値を有するように選択されることになるので、リークを引き起こすパストランジスタまたは入力310に接続される他の装置の長さにおけるバラツキのリスクを最小限にすることができる。   In many CMOS processes, the threshold voltage of a transistor is a function of the length of the transistor. The graph of FIG. 11 shows an example of this function when one CMOS process is taken as an example. The vertical line represents the minimum transistor length actually produced by this CMOS processing example. In the region near the minimum length, the threshold voltage increases rapidly as the transistor length increases. The curve becomes flat at about twice the minimum length and eventually decreases slightly. An NMOS pass transistor, such as that connected to input 310 in some embodiments, is typically the minimum length. Therefore, by selecting the length of the second NMOS transistor 410 to match the higher point on the threshold voltage curve, the second NMOS transistor 410 will be selected to have a relatively high threshold. The risk of variations in the length of pass transistors or other devices connected to the input 310 that cause leakage can be minimized.

他の実施形態においては、構成可能ルーティングネットワークにおける能動装置の電圧劣化効果は、論理回路ではなく能動装置に異なる電圧を供給することによって補償される。例えば、パストランジスタのゲート電圧が論理回路へ供給される第1高供給電圧Vddより高くなるように、NMOSパストランジスタルーティングネットワークを利用して、第2高供給電圧がパストランジスタへ供給される。第1高供給電圧Vddは、第1と第2高供給電圧間に要求される差を得るために、回路技術に対するほとんどの正の許容動作電圧よりも低く設定しても良い。この第2高供給電圧は、パストランジスタが最大Vddまでの最高電圧を伝達できるように、パストランジスタのゲートに供給される。同様にPMOSパストランジスタルーティングネットワークに対しては、第2低供給電圧がパストランジスタへ供給されることによって、パストランジスタのゲート電圧は論理回路へ供給される第1低供給電圧Gndよりも低くなる。第1低供給電圧Gndは、第1と第2低供給電圧間に要求される差を得るために、回路技術に対するほとんどの負の許容動作電圧よりも高く設定してもよい。この第2低供給電圧はパストランジスタのゲートに供給され、パストランジスタが伝達できる最小電圧をGndまで下げる。第2の高または低供給電圧ルーティングネットワークが供給され、レベルシフトバッファが異なる供給電圧を使用する素子間を伝達する信号上に供給されてもよい。高及び低を劣化する能動装置に対して、第2高供給電圧及び第2低供給電圧の両方が供給される。 In other embodiments, the voltage degradation effects of active devices in the configurable routing network are compensated by supplying different voltages to the active devices rather than logic circuits. For example, the second high supply voltage is supplied to the pass transistor using an NMOS pass transistor routing network such that the gate voltage of the pass transistor is higher than the first high supply voltage V dd supplied to the logic circuit. The first high supply voltage V dd may be set lower than most positive allowable operating voltages for circuit technology to obtain the required difference between the first and second high supply voltages. This second high supply voltage is supplied to the gate of the pass transistor so that the pass transistor can transmit the highest voltage up to V dd . Similarly, for the PMOS pass transistor routing network, the second low supply voltage is supplied to the pass transistor, so that the gate voltage of the pass transistor is lower than the first low supply voltage Gnd supplied to the logic circuit. The first low supply voltage Gnd may be set higher than most negative allowable operating voltages for circuit technology in order to obtain the required difference between the first and second low supply voltages. This second low supply voltage is supplied to the gate of the pass transistor, reducing the minimum voltage that can be transmitted by the pass transistor to Gnd. A second high or low supply voltage routing network may be provided, and the level shift buffer may be provided on signals that communicate between elements using different supply voltages. For active devices that degrade high and low, both a second high supply voltage and a second low supply voltage are provided.

再び図12を参照して、第2供給電圧Vcontrolは制御ワイヤ50上に供給される。これまでの説明では、VcontrolとVddが等しい、つまりNMOSパストランジスタ40はVdd−Vt(pass)の減少高信号のみを伝達できると仮定してきた。第2供給電圧VcontrolがVddと等しくないこの別の実施形態においては、NMOSパストランジスタ40はVcontrol−Vt(pass)の高信号を伝達できる。VcontrolをVdd+Vt(pass)以上に選択すると、NMOSパストランジスタにより伝達される高信号はVddまで可能になる。従って、NMOSパストランジスタを含む再構成可能ネットワークは、VcontrolがVdd+Vt(pass)以上に選択されれば、Vddの非劣化高信号を伝達できる。同様にPMOSパストランジスタを含む再構成可能ネットワークは、Vt(pass)の負値を有し、第2供給電圧VcontrolがGnd+Vt(pass)以下に選択されれば、Gndの非劣化低信号を伝達できる。 Referring to FIG. 12 again, the second supply voltage V control is supplied onto the control wire 50. In the description so far, it has been assumed that V control is equal to V dd , that is, the NMOS pass transistor 40 can transmit only a reduced high signal of V dd −V t (pass) . In this alternative embodiment, where the second supply voltage V control is not equal to V dd , the NMOS pass transistor 40 can transmit a high signal of V control −V t (pass) . If V control is selected to be greater than or equal to V dd + V t (pass) , the high signal transmitted by the NMOS pass transistor can be up to V dd . Therefore, the reconfigurable network including the NMOS pass transistor can transmit a non-degraded high signal of V dd if V control is selected to be V dd + V t (pass) or higher. Similarly, a reconfigurable network including a PMOS pass transistor has a negative value of V t (pass) , and if the second supply voltage V control is selected to be less than or equal to Gnd + V t (pass) , the non-degraded low signal of Gnd Can be transmitted.

上述の明細書において、具体的な実施形態を参照して本発明を説明した。しかしながら、本発明のより広い思想と範囲を逸脱することなく本発明に種々の変形及び変更を加え得るということは明白である。例えば、ここで説明した回路図に示される要素の具体的な構成及び組合せは単に説明のために過ぎず、本発明は異なるまたは追加的要素、または要素の異なる構成または組合せを使用しても実行可能であることは理解されよう。従って、本明細書及び図はそれに制約されるのではなく、説明のためと見なすべきであり、本発明は添付される請求項及びその法的等価物に従う以外に制約または制限されるものではない。   In the foregoing specification, the invention has been described with reference to specific embodiments. However, it will be apparent that various changes and modifications may be made to the invention without departing from the broader spirit and scope of the invention. For example, the specific configurations and combinations of elements shown in the circuit diagrams described herein are merely illustrative, and the invention may be practiced using different or additional elements, or different configurations or combinations of elements. It will be understood that this is possible. Accordingly, the specification and drawings are to be regarded as illustrative rather than restrictive, and the invention is not to be restricted or restricted except in accordance with the appended claims and their legal equivalents. .

弱プルアップ回路を示す。A weak pull-up circuit is shown. 差分増幅器を示す。1 shows a differential amplifier. CMOS論理に導入されたインバータを示す。An inverter introduced into CMOS logic is shown. 図3のインバータの正電圧供給入力に接続されており、本発明の一つの実施形態に係る電圧変調回路を示す。Fig. 4 shows a voltage modulation circuit connected to the positive voltage supply input of the inverter of Fig. 3 according to one embodiment of the present invention. 図3のインバータのグラウンドに接続されており、本発明の第2実施形態に係る電圧変調回路を示す。Fig. 4 shows a voltage modulation circuit connected to the ground of the inverter of Fig. 3 according to a second embodiment of the present invention. 図3のインバータの正電圧供給入力とグラウンド電圧供給入力に接続されており、本発明の第3実施形態に係る電圧変調回路を示す。4 shows a voltage modulation circuit according to a third embodiment of the present invention, which is connected to the positive voltage supply input and the ground voltage supply input of the inverter of FIG. CMOS NANDゲートに接続されており、本発明の一つの実施形態に係る電圧変調回路を示す。Fig. 4 illustrates a voltage modulation circuit connected to a CMOS NAND gate and according to one embodiment of the present invention. CMOS NORゲートへ接続されており、本発明の一つの実施形態に係る電圧変調回路を示す。Fig. 4 illustrates a voltage modulation circuit connected to a CMOS NOR gate and according to one embodiment of the present invention. コンバータとバイパス回路の両方に接続された制御信号を有しており、本発明の一つの実施形態に係る電圧変調回路を示す。Fig. 2 shows a voltage modulation circuit according to one embodiment of the present invention having a control signal connected to both a converter and a bypass circuit. 目標回路の出力の出力信号の反転信号から制御信号を導出しており、本発明の一つの実施形態に係る電圧変調回路を示す。The control signal is derived from the inverted signal of the output signal of the target circuit, and shows a voltage modulation circuit according to one embodiment of the present invention. トランジスタの長さとトランジスタの閾値電圧との間の関係を表すグラフを示す。3 shows a graph representing the relationship between transistor length and transistor threshold voltage. 再構成可能装置を示す。A reconfigurable device is shown.

Claims (25)

再構成可能装置であって、
処理装置入力及び処理装置出力をそれぞれが備えている複数の処理装置と、
前記処理装置出力の少なくとも一つを前記処理装置入力の少なくとも一つに接続する構成可能ルーティングネットワークと、
前記構成可能ルーティングネットワークと前記処理装置入力の間に位置しており、少なくともその一つは論理回路及び電圧変調回路を備えている複数の入力バッファ回路を備え、
前記構成可能ルーティングネットワークは、一つまたは二つ以上の入力バッファ回路へ劣化電圧入力信号を供給する再構成可能装置。
A reconfigurable device,
A plurality of processing devices each having a processing device input and a processing device output;
A configurable routing network connecting at least one of the processing device outputs to at least one of the processing device inputs;
Located between the configurable routing network and the processor input, at least one of which comprises a plurality of input buffer circuits comprising logic circuits and voltage modulation circuits;
The configurable routing network is a reconfigurable device that provides a degraded voltage input signal to one or more input buffer circuits.
前記構成可能ルーティングネットワークは、複数のパストランジスタを備えていることを特徴とする請求項1の再構成可能装置。  The reconfigurable device of claim 1, wherein the configurable routing network comprises a plurality of pass transistors. 前記電圧変調回路は、非劣化供給電圧信号を受信しており、前記論理回路に出力供給電圧信号を供給しており、
その出力供給電圧信号は、前記非劣化供給電圧信号又は劣化供給電圧信号のいずれかを備えていることを特徴とする請求項1の再構成可能装置。
The voltage modulation circuit receives a non-degraded supply voltage signal and supplies an output supply voltage signal to the logic circuit;
The reconfigurable device of claim 1, wherein the output supply voltage signal comprises either the non-degraded supply voltage signal or a degraded supply voltage signal.
前記論理回路は、
前記構成可能ルーティングネットワークから前記劣化電圧入力信号を受信する論理回路入力と、
前記電圧変調回路から前記出力供給電圧信号を受信する供給電圧入力と、
論理回路出力を備えており、
前記電圧変調回路は、
前記非劣化供給電圧信号を受信する電圧変調回路入力と、
前記供給電圧入力に前記出力供給電圧信号を供給する電圧変調回路出力と、
前記非劣化供給電圧信号を前記劣化供給電圧に変換し、前記劣化供給電圧信号を前記電圧変調回路出力に供給するコンバータと、
前記コンバータをバイパスし、前記非劣化供給電圧信号を前記電圧変調回路出力に供給するバイパス回路と、
前記出力供給電圧信号を前記電圧変調回路出力へ供給するために、前記コンバータと前記バイパス回路の間で選択するための制御信号を受信する制御入力とを備えていることを特徴とする請求項3の再構成可能装置。
The logic circuit is:
A logic circuit input for receiving the degraded voltage input signal from the configurable routing network;
A supply voltage input for receiving the output supply voltage signal from the voltage modulation circuit;
With logic circuit output,
The voltage modulation circuit includes:
A voltage modulation circuit input for receiving the non-degraded supply voltage signal;
A voltage modulation circuit output for supplying the output supply voltage signal to the supply voltage input;
A converter that converts the non-degraded supply voltage signal into the degraded supply voltage and supplies the degraded supply voltage signal to the voltage modulation circuit output;
A bypass circuit that bypasses the converter and supplies the non-degraded supply voltage signal to the voltage modulation circuit output;
4. A control input for receiving a control signal for selection between the converter and the bypass circuit to supply the output supply voltage signal to the voltage modulation circuit output. Reconfigurable device.
前記コンバータは、トランジスタを備えていることを特徴とする請求項4の再構成可能装置。  The reconfigurable device of claim 4, wherein the converter comprises a transistor. 前記トランジスタはゲート入力を備えており、前記制御入力は前記トランジスタのゲート入力に接続されることを特徴とする請求項5の再構成可能装置。  6. The reconfigurable device of claim 5, wherein the transistor comprises a gate input and the control input is connected to the gate input of the transistor. 前記トランジスタはゲート入力を備えており、前記電圧変調回路入力は前記ゲート入力に接続されることを特徴とする請求項5の再構成可能装置。  6. The reconfigurable device of claim 5, wherein the transistor has a gate input, and the voltage modulation circuit input is connected to the gate input. 前記バイパス回路は、トランジスタを備えていることを特徴とする請求項4の再構成可能装置。  The reconfigurable device of claim 4, wherein the bypass circuit comprises a transistor. 前記トランジスタはゲート入力を備えており、前記制御入力は前記トランジスタのゲート入力に接続されることを特徴とする請求項8の再構成可能装置。  9. The reconfigurable device of claim 8, wherein the transistor has a gate input, and the control input is connected to the gate input of the transistor. 前記バイパス回路は、抵抗を備えていることを特徴とする請求項4の再構成可能装置。  The reconfigurable device of claim 4, wherein the bypass circuit comprises a resistor. 前記非劣化供給電圧は高値を備えており、前記劣化供給電圧は前記高値より低い減少高値を備えていることを特徴とする請求項4の再構成可能装置。  The reconfigurable device of claim 4, wherein the non-degraded supply voltage has a high value, and the deteriorated supply voltage has a decreasing high value lower than the high value. 前記電圧変調回路は正供給電圧に接続しており、前記高値は正供給電圧と略等しいことを特徴とする請求項11の再構成可能装置。  12. The reconfigurable device of claim 11, wherein the voltage modulation circuit is connected to a positive supply voltage and the high value is substantially equal to the positive supply voltage. 前記高値は、高CMOS電圧を備えていることを特徴とする請求項11の再構成可能装置。  The reconfigurable device of claim 11, wherein the high value comprises a high CMOS voltage. 前記構成可能ルーティングネットワークは閾値電圧を有する装置を備えており、前記減少高値は前記高値から前記閾値電圧の絶対値を差し引いた値に略等しいことを特徴とする請求項11の再構成可能装置。  12. The reconfigurable device of claim 11, wherein the configurable routing network comprises a device having a threshold voltage, and the reduced high value is approximately equal to the high value minus an absolute value of the threshold voltage. 前記非劣化供給電圧は低値を備えており、前記劣化供給電圧は前記低値より高い増大低値を備えていることを特徴とする請求項4の再構成可能装置。  5. The reconfigurable device of claim 4, wherein the non-degraded supply voltage comprises a low value, and the degraded supply voltage comprises an increased low value that is higher than the low value. 前記電圧変調回路はグラウンド電圧に接続しており、前記低値は前記グラウンド電圧と略等しいことを特徴とする請求項15の再構成可能装置。  16. The reconfigurable device of claim 15, wherein the voltage modulation circuit is connected to a ground voltage, and the low value is substantially equal to the ground voltage. 前記低値は、低CMOS電圧を備えていることを特徴とする請求項15の再構成可能装置。  The reconfigurable device of claim 15 wherein the low value comprises a low CMOS voltage. 前記構成可能ルーティングネットワークは閾値電圧を有する装置を備えており、前記増大低値は前記低値に前記閾値電圧の絶対値を加えた値に略等しいことを特徴とする請求項15の再構成可能装置。  16. The reconfigurable of claim 15, wherein the configurable routing network comprises a device having a threshold voltage, and the increased low value is approximately equal to the low value plus an absolute value of the threshold voltage. apparatus. 前記少なくとも一つの入力バッファ回路は正供給電圧及びグラウンド電圧に接続しており、前記電圧変調回路は前記正供給電圧と前記グラウンド電圧の間にいかなる追加的電流経路も形成せずにグラウンド電圧間論理回路に接続することを特徴とする請求項1の再構成可能装置。  The at least one input buffer circuit is connected to a positive supply voltage and a ground voltage, and the voltage modulation circuit does not form any additional current path between the positive supply voltage and the ground voltage, but between the ground voltage logic. The reconfigurable device of claim 1, wherein the reconfigurable device is connected to a circuit. 前記制御信号は、前記論理回路出力上に供給される出力信号に基づいていることを特徴とする請求項4の再構成可能装置。  5. The reconfigurable device of claim 4, wherein the control signal is based on an output signal provided on the logic circuit output. 前記制御信号は、前記出力信号の反転信号に等しいことを特徴とする請求項20の再構成可能装置。  21. The reconfigurable device of claim 20, wherein the control signal is equal to an inverted signal of the output signal. 前記電圧変調回路出力は、前記電圧変調回路出力から前記供給電圧入力に電流が流れることを可能にするために前記供給電圧入力に接続されることを特徴とする請求項4の再構成可能装置。  5. The reconfigurable device of claim 4, wherein the voltage modulation circuit output is connected to the supply voltage input to allow current to flow from the voltage modulation circuit output to the supply voltage input. 前記電圧変調回路出力は、前記電圧変調回路入力から前記論理回路出力に電流が流れることを可能にするために前記供給電圧入力に接続されることを特徴とする請求項22の再構成可能装置。  23. The reconfigurable device of claim 22, wherein the voltage modulation circuit output is connected to the supply voltage input to allow current to flow from the voltage modulation circuit input to the logic circuit output. 前記電圧変調回路は、第2非劣化供給電圧信号を受信しており、前記論理回路に第2出力供給電圧信号を供給しており、
前記第2出力供給電圧信号は、前記第2非劣化供給電圧信号又は第2劣化供給電圧信号のいずれかを備えていることを特徴とする請求項4の再構成可能装置。
The voltage modulation circuit receives a second non-degraded supply voltage signal and supplies a second output supply voltage signal to the logic circuit;
The reconfigurable device of claim 4, wherein the second output supply voltage signal comprises either the second non-degraded supply voltage signal or a second degraded supply voltage signal.
前記論理回路は、第2出力供給電圧信号を受信する第2供給電圧入力をさらに備えており、
前記電圧変調回路は、
前記第2非劣化供給電圧信号を受信する第2電圧変調回路入力と、
前記第2供給電圧入力に前記第2出力供給電圧信号を供給する第2電圧変調回路出力と、
前記第2非劣化供給電圧信号を前記第2劣化供給電圧に変換し、前記第2劣化供給電圧信号を前記第2電圧変調回路出力に供給する第2コンバータと、
前記第2コンバータをバイパスし、前記第2非劣化供給電圧信号を前記第2電圧変調回路出力に供給する第2バイパス回路と、
前記第2出力供給電圧信号を前記第2電圧変調回路出力に供給するために、前記第2コンバータと前記第2バイパス回路の間で選択をするための第2制御信号を受信する第2制御入力とを備えていることを特徴とする請求項24の再構成可能装置。
The logic circuit further comprises a second supply voltage input for receiving a second output supply voltage signal,
The voltage modulation circuit includes:
A second voltage modulation circuit input for receiving the second undegraded supply voltage signal;
A second voltage modulation circuit output for supplying the second output supply voltage signal to the second supply voltage input;
A second converter for converting the second non-degraded supply voltage signal to the second degraded supply voltage and supplying the second degraded supply voltage signal to the second voltage modulation circuit output;
A second bypass circuit that bypasses the second converter and supplies the second non-degraded supply voltage signal to the second voltage modulation circuit output;
A second control input for receiving a second control signal for selecting between the second converter and the second bypass circuit to supply the second output supply voltage signal to the second voltage modulation circuit output; 25. The reconfigurable device of claim 24, comprising:
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